Bachelorarbeit Gil Schwegler

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Diplomand
Gil Schwegler
Dozent
Prof. Dr. Klaus Kreher
Experte
dipl. Ing. Thomas Walther
Disziplin
Fassaden- und Metallbau
Jahr
2012
Beschattungen dauerhaft an Glasfassaden kleben
Ein Bemessungsmodell zur Klebetechnologie entwickeln
Beschattungen direkt auf Glasfassaden zu kleben – eine verlockende Aussicht für die Planer von Gebäudehüllen. Doch wie gross dürfen die Lasten und wie muss der Klebstoff beschaffen sein, damit eine solche Verbindung dauerhaft wartungsfrei hält? Für solche Bemessungen existieren bisher keine genormten Konzepte und Modelle.

Die Anwendung der Klebetechnologie erlaubt eine flächige und gleichmässig verteilte Last-
einleitung in den spröden Baustoff Glas. Im Rahmen eines anwendungsorientierten Forschungsprojekts wurden die Möglichkeiten von verschiedenen Klebstoffen für die Befestigung von Beschattungssystemen auf beständige Lösungen hin überprüft.
Dabei galt es zuerst, die verschiedenen Herausforderungen der Aufgabe zu definieren. Die Hauptfrage, so wurde schliesslich festgelegt, liegt in der Dauerhaftigkeit der tragenden Fuge. Denn mit einer solchen Verklebung gehen viele Wünsche einher: Sie soll eine lange Lebensdauer haben und möglichst wartungsfrei sein – und das trotz der hohen Temperaturschwankungen an Fassaden, der dynamischen Beanspruchung aus der Windeinwirkung und der statischen Belastung aus den vorgespannten Seilen.

Materialverhalten und normative Hinweise
Für die Bemessung ist es entscheidend zu wissen, wie sich das Material des Klebstoffs unter den verschiedenen Einwirkungen und Umweltbedingungen verhält. Bei den meisten Produkten liefern die Herstellerangaben dafür kaum diejenigen Informationen, die die Planer tatsächlich brauchen. Wie unter diesen Bedingungen der Nachweis der Tragsicherheit geführt werden kann und welche praxistauglichen Hilfsmittel eingesetzt werden können, bleibt auch vonseiten der einschlägigen Normen mehrheitlich offen. Die momentan einzige Re­ferenz für die Prüf­systematik von tragenden Verklebungen im Fassadenbau ETAG Nr. 002 liefert hier zwar Randbedingungen und Hin­weise, aufgrund verschiedener Abweichungen vom Geltungsbereich können die Verfahren der Richtlinie jedoch nicht direkt übernommen werden. ln Anlehnung an diese Vorschrift wurden deshalb verschiedene Versuche nach den einschlägigen Normen aus dem Kunststoffbereich durchgeführt.
Der Weg zur Lösung führte unter anderem in die Materialwissenschaften, in die Prüf-Messmethodik und in die Statistik. Im Fokus standen dabei die Varianz der Materialkennwerte bei den unterschiedlichen Einsatztemperaturen an Fassaden und das Kriechverhalten des Klebstoffs unter Dauerlast.
Die experimentellen Versuche gaben Aufschluss darüber, in welchen Relationen die Kraft zur Verformung steht, wie das Bauteil versagt und wie sich das potenziell geeignete Klebesystem auf Epoxidharzbasis über die angestrebte Lebensdauer hinweg näherungsweise verformt.

Sicherheitskonzept
Das Konzept für den Nachweis der Tragsicherheit basiert auf den Versuchsergebnissen und den statistischen Einflussgrössen der Versagenswahrscheinlichkeit. Es ist auf das verwendete Klebesystem zugeschnitten und zudem an die aktuelle Normengeneration angelehnt.
Die Spannungen in der Klebefuge konnten mit verschiedenen analytischen und numerischen Berechnungsverfahren erfasst werden. Als hilfreich erwiesen sich dabei die Möglichkeiten der FEM (Finite-Elemente-Methode). Die analytische Validierung der numerischen Ergebnisse verlangte eine erhöhte Beachtung – insbesondere, weil die unterschiedlichen Steifigkeiten der Fügepartner einen erheblichen Einfluss auf die Spannungsverteilungen in der Klebstofffuge ausübten. Die verschiedenen bemessungsrelevanten Einflüsse wurden mit Parameterstudien ergründet. Die Grenzen der Tragfähigkeit der untersuchten ­Verbindung konnten so zumindest theoretisch ermittelt werden.
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